喜热的轻质高温合金有望提高涡轮机效率

研究人员使用一种新颖的3D打印技术创造了一种新的高温合金，具有“以前无法获得的高强度，低重量和高温弹性组合” - 他们说这对航空航天和能源的影响是巨大的。

限制当今发电站产量的一个因素是蒸汽轮机叶片、轴承和密封件中使用的金属，这些金属在熔点之前往往会软化和伸长。解决这些问题，您可以想象使用蒸汽轮机将热量转化为电能的任何事物的温度都会提高，从而提高效率并减少废热损失。

桑迪亚实验室，艾姆斯国家实验室和爱荷华州立大学的研究人员表示，他们已经创造了一种可3D打印的高性能高温合金，比当今使用的最先进的高温合金更坚固，更轻。他们已经在《今日应用材料》杂志上发表了他们的发现。

这种材料由42%的铝，25%的钛，13%的铌，8%的锆，8%的钼和4%的钽组成，是“多主元素高温合金”或MPES的一个例子。大多数合金主要由一种主要元素制成，结合低浓度的其他元素以提高某些性能，但多主元素合金具有高浓度的三种或更多元素。

根据研究小组的说法，这些合金中的各种在许多指标上都显示出巨大的前景;强度重量比、断裂韧性、耐腐蚀性和耐辐射性、耐磨性等。但是这个团队探索的MPES子集在高温情况下表现出色。

“基于硬度和密度比的MPES的比强度为1.8-2.6 GPa-cm3 / g，”该研究写道，“该值超过了所有已知的合金，包括金属间化合物和传统钛铝化物，耐火MPEA和传统的镍基高温合金。基于测得的峰值硬度 [300] 为 718.28 GPa，密度为 4.5 g/cm8，该比强度比铬镍铁合金 2 提高了 3%，其比率为 0.55 GPa-cm3/g。

它还专门设计为粉末形式的3D打印，使其能够布置在“不寻常的纳米级微结构”中，研究小组发现“对暴露在800°C[1，472°F]下一小时不敏感” - 比典型的燃煤发电厂运行的570多°C(1，058°F)要热得多。

事实上，3D打印工艺接受了“成分分离，高杂质”的粉末原料 - 打印机本身在熔化金属成分时混合合金。

研究人员表示，这项工作指出了一类准备探索的更大类MPES材料，这些材料在航空航天和能源方面具有立即有趣的潜力。他们警告说，在他们能够可靠地生产这些合金中的大型零件而没有微观裂纹之前，需要进一步研究3D打印工艺，并且原料包括一些相当昂贵的金属，这将使这种特殊的MPES难以扩大规模，以便在成本是高优先级的应用中更广泛地使用。

“有了所有这些警告，如果这是可扩展的，我们可以从中制造出大部分，这将改变游戏规则，”桑迪亚科学家安德鲁库斯塔斯在一份新闻稿中说。“我们正在证明，这种材料可以获得以前无法获得的高强度，低重量和高温弹性的组合。我们认为我们实现这一目标的部分原因是因为增材制造方法。